Ökad växthuseffekt ger sämre grödor

”Koldioxiden är växternas föda”, är ett slagord bland klimatskeptiker och utsläppslobbyister. De anser att vi ska välkomna växthuseffekten, eftersom den fördubbling av atmosfärens koldioxidnivåer som FN:s klimatpanel förutspår för detta sekel kommer att gynna oss genom ökade avkastningar från våra åkrar. Man hävdar alltså att klimatförändringen kommer att hjälpa oss att mätta jordens växande befolkning.

– Det har gjorts tusentals experiment som visar att höjda koldioxidhalter gynnar växterna, skördarna och träden, tusentals! Att koldioxid är växternas föda är inget talesätt, det är ett faktum, säger Leighton Steward, agronom med ett förflutet inom USA:s olje- och gasindustri.

Leighton Steward är talesman för Plants need CO2, en amerikansk lobbyorganisation vars uppgift är ”att undervisa allmänheten om de positiva effekterna av ökade koldioxidhalter”. Lobbyorganisationen har sammanställt ett stort antal vetenskapliga artiklar om växthuseffekten, och när det gäller koldioxidberikningens effekt på våra vanligaste åkergrödor så är resultaten häpnadsväckande.

Vid en fördubbling av koldioxidhalten, ökar den genomsnittliga avkastningen på spannmål som råg, ris och vete med 36 procent. Avkastningen från potatisåkrar och majsfält ökar med 20–30 procent. På sojabönor ger en fördubbling av koldioxidhalten en genomsnittlig ökning med hela 48 procent.

Men det innebär inte att vi kan luta oss tillbaka och skörda frukterna av växthuseffekten.

– Organisationer som Plants need CO2 har försökt misskreditera våra forskningsresultat och ignorerar även merparten av alla studier som visar att koldioxidberikningens långvariga effekter är avsevärt mindre än vad korttidsstudier visar, säger Arnold Bloom, professor i växtfysiologi vid University of California Davis, USA.

Han syftar på ett märkligt fenomen som kallas koldioxidacklimatisering. Det innebär att växter som koldioxidberikas inledningsvis växer snabbt. Men med tiden – det handlar om dagar eller veckor beroende på växtsort – minskar tillväxthastigheten. Att förstå den här processen är viktigt, eftersom den är avgörande för att kunna bedöma hur stor påverkan som klimatförändringarna kommer att ha på framtidens skördar.

Forskarna har konstaterat att proteinnivåerna i koldioxidberikade växter sjunker i samma takt som tillväxthastigheten minskar. Växternas viktigaste protein heter rubisco. Det fungerar som ett enzym vid upptagningen av koldioxid i atmosfären. När halterna av rubisco sjunker, minskar fotosyntesen och tillväxten stannar av. Växterna behöver kväve för att tillverka sina proteiner, och därför undersökte forskarna hur kvävetillgången i marken påverkade proteinframställningen.

– Proteinhalterna i vete som göddes med ammonium sjönk inte, men om man däremot gödde med nitrat, så sjönk proteinnivåerna, säger Arnold Bloom.

Nitrat är den vanligaste formen av kväve i jorden. Men för att växterna ska kunna använda nitratet i sin proteinframställning måste det först omvandlas till nitrit och sedan ammonium. Det är den här processen som koldioxidberikningen påverkar.

– Vår forskning har visat koldioxidberikningen hindrar växterna från att omvandla nitrat till protein, säger Arnold Bloom.

Det här hänger samman med den så kallade fotorespirationen. Den innebär att växterna tar upp syre i stället för koldioxid ur luften, vilket minskar fotosyntesen och därmed tillväxten. Högre koldioxidhalter minskar fotorespirationen, vilket borde gynna tillväxten. Men Arnold Bloom och hans kolleger har upptäckt att det är under fotorespirationen som växterna tillverkar flera viktiga ämnen som krävs för att omvandlingen från nitrat till protein ska kunna ske.

Koldioxidacklimatiseringen medför således att växternas proteinnivåer sjunker. Det påverkar inte bara deras kemiska processer – det innebär även att deras kvalitet som föda minskar.

En sammanställning av 228 olika experiment visade att vid en fördubbling av koldioxidhalten, så minskade proteinnivåerna i vete, korn och ris med 10–15 procent. Vidare sjönk proteinnivåerna i potatis med 14 procent, medan effekten på sojabönor var försumbar.

Men det är inte bara proteinnivåerna som sjunker i koldioxidberikade växter. Viktiga spårämnen som järn, zink och selen kan också minska. Ur ett hälsoperspektiv betyder det här ganska lite för rika nationer, eftersom kosttillskott och större portioner kan kompensera för sjunkande näringshalter. Men i fattigare regioner som saknar de alternativen, kan brist på spårämnen öka problemen med ”dold hunger”, det vill säga näringsbrist, trots att skördarna räcker för att mätta alla magar.

– Att använda ammonium som gödningsmedel skulle kunna kompensera för den försämrade matkvalitet som förhöjda koldioxidnivåer kan medföra. Men det kräver sofistikerade gödningsmetoder för att undvika ammoniumförgiftning, som annars kan uppstå om växterna tar upp för mycket av substansen, säger Arnold Bloom.

Koldioxidberikning har sedan länge använts för att öka avkastningen i storskaliga växthusanläggningar. Kraftigt förhöjda koldioxidnivåer i kombination med en kontrollerad näringstillförsel och ett optimalt klimat, skapar förutsättningar för en enorm tillväxt. När organisationer som Plants need CO2 hävdar att deras sammanställningar av data visar att växthuseffekten kommer öka skördarna med 30–40 procent, så ingår även resultat av experiment inom växthusindustrin som enbart syftar till att höja produktionen.

– Ska man undersöka växthuseffektens påverkan på grödorna måste man göra ekologiskt relevanta experiment, säger Håkan Pleijel, som är professor vid Institutionen för biologi och miljövetenskap på Göteborgs universitet.

Håkan Pleijel och hans kolleger har studerat koldioxidberikningens effekt på vete med hjälp av en teknik som kallas OTC, en förkortning av open top chamber. Ett OTC-experiment kan utföras direkt på åkern; grödorna kan alltså utsättas för koldioxidberikningar i sin naturliga miljö.

En OTC-anläggning ser ut som ett tält med väggar av transparent plastfilm. Anläggningen placeras direkt på åkern och en pump förser växterna med koldioxid-berikad luft som sedan släpps ut via en öppning i toppen.

– Under ett år med riktigt gynnsamma väderförhållanden gav OTC-experimenten faktiskt en trettioprocentig ökning av avkastningen på vetet, säger Håkan Pleijel.

Men under normala väderförhållanden var ökningen ungefär tio procent vid en fördubbling av koldioxdhalten. Den här typen av OTC-experiment visar att försök i växthus kan ge missvisande resultat. I en naturlig miljö eller på en åker konkurrerar växternas rötter om närings­ämnena i jorden, vilket påverkar tillväxten. Om växterna däremot odlas i krukor, som ofta är fallet i växthusanläggningar, så försvinner en del av den här effekten.

– Krukorna kan också medföra att växterna hamnar längre från varandra, vilket medför att de inte skuggar varandra lika mycket som de gör i en mera naturlig miljö, säger Håkan Pleijel.

En annan typ av koldioxidexperiment kallas FACE, free-air carbondioxide enrichment. En FACE-anläggning saknar väggar. I stället omges grödorna av en ring av rör som är försedda med datorstyrda munstycken som släpper ut koldioxid. Datorn kontrollerar mängden gas och beräknar vindriktningen så att bara de munstycken som befinner sig i medvind släpper ut koldioxid. I den här typen av experiment manipuleras bara koldioxidnivåerna; alla andra miljöfaktorer förblir opåverkade.

En sammanställning av flera FACE-experiment visade att en fördubbling av koldioxidnivåerna ökade skördarna med 16 procent, alltså ungefär hälften så mycket som växthusexperimenten visar.

FACE-experiment har även använts för att studera hur koldioxidnivåerna påverkar förhållandet mellan grödor och skadeinsekter. Eftersom koldioxidberikade växter har lägre proteinhalter tvingas skadeinsekterna äta mer för att få i sig tillräckligt med näring. Men det lägre näringsinnehållet kan också leda till att insekterna utvecklas långsammare och förökar sig mindre, vilket borde betyda att de minskar i antal. Koldioxidökningen borde alltså vara positiv, eftersom den har en negativ effekt på antalet skadegörarare.

Men forskningen visar att det kan vara tvärtom. Ett experiment som jämförde sojabönor med och utan koldioxidberikning visade att vuxna insekter föredrar de sojabönor som odlas med förhöjda koldioxidnivåer. Insekterna som åt av de koldioxidberikade bönorna levde dessutom längre och fick fler avkommor.

En kemisk analys avslöjade att skadeinsekternas förkärlek för koldioxidstinna växter berodde på att berikningen försvagade växternas kemiska försvarssystem. Den verkade helt enkelt stänga av de gener som kodade för produktionen av viktiga försvarssubstanser. Tillsammans med ytterligare studier visar det på en oroande utveckling. Om växternas försvarsmekanismer påverkas negativt av förhöjda koldioxidhalter leder det till att grödorna blir mer mottagliga för skadeangrepp.

Ökade koldioxidnivåer kan medföra att växterna blir bättre på att hushålla med vatten, vilket skulle vara en fördel i torra områden. Växterna tar in koldioxid via sina klyvöppningar, små porer i bladen. Klyvöppningarna kan öppnas och stängas, och när växterna öppnar dem för att ta in koldioxid, så smiter vattenmolekyler ut. Ökade koldioxidhalter leder till att växterna inte behöver öppna klyvöppningarna lika mycket, vilket minskar vattenförlusterna.

Men även den här processen kan leda till att näringsinnehållet minskar. För att växterna ska kunna suga upp näringsämnen ur jorden måste det råda ett undertryck i växten. Det uppstår när växterna öppnar klyvöppningarna. Om klyvöppningstiden minskar så kan även näringsupptaget minska.

Dessutom kan ökade koldioxidhalter ställa till bekymmer i områden med riklig nederbörd.

– Om växternas vattenupptag minskar så ökar avrinningen från marken. I regniga miljöer kan det leda till att jordmån och näringsämnen spolas bort, säger Håkan Pleijel.

En tilltagande växthuseffekt ger dessutom ytterligare miljöproblem som kan skada grödorna, som ökade halter av marknära ozon, temperaturhöjningar och en ökad risk för skyfall i många regioner.

Men klimatskeptikerna har annan tolkning av forskningsresultaten. Science and public policy institute, en lobbyorganisation från Virginia i USA, lyckas lista hela 55 fördelar med växthuseffektens förhöjda koldioxidhalter. ”Precis som kärleken verkar koldioxidens välbehag vara ändlösa”, skriver de på sin hemsida. Kärleken är inte bara ändlös – den kan också vara blind.